计算机系统结构总复习

• 3.熟练掌握等长码编码、哈夫曼编码和扩展操作 的编码方法，能求出各种方法编码的平均码长。 领会扩展操作码中短码不能是长码的前缀的概念。 能综述指令格式优化设计的各种办法，并能按要 求设计较优化的指令格式。 • 4.领会并能综述出沿着增强指令功能方向按三个 不同的面向（面向目标程序、面向高级语言、面 向操作系统）的优化实现，发展和改进指令系统 所要达到的目标，采取的思路好途径。领会高级 语言机器的定义，它有哪两种形式，以及高级语 言机器为什么难以发展起来的原因。 • 5.了解CISC的问题和RISC的优点。能概述出设计 RISC机器的一般原则及基本技术。领会为什么要 将CISC与RISC进行结合。
重点： • 自定义数据表示； • 浮点数尾的基值选择； • 数的下溢处理方法； • 寻址方式中的再定位技术； • 信息在存储器中按整数边界存储的概念； • 操作码和指令字格式的优化； • CISC指令系统的改进途径综述； • RISC概念及所采用的基本技术等。
应掌握： • 1.领会数据表示与数据结构的关系，自定义数据表示中标 志符数据表示的优点，标志符数据表示与数据描述符的差 别，向量数据表示（向量处理机）和堆栈数据表示（堆栈 计算机）的基本特征。理解在计算机系统中确定和引入数 据表示的原则。掌握浮点数尾数基值大小对哪些方面有影 响的趋势。给出浮点数字段的位数，在尾数基值取不同值 时，能定量计算出浮点数的可表示值范围和可表示数的个 数。能比较和综述四种尾数下溢处理的方法、误差特性、 优缺点及适用的场合。掌握查表舍入法填写下溢处理表的 原则，并会具体填表。 • 2.了解指令系统中三种面向的寻址方式各有什么优缺点。 了解寻址方式在指令中的两种指明方式及其优缺点。理解 逻辑地址变换成物理地址中所采用的静态再定位和动态再 定位技术的不同，基址寻址和变址寻址的不同。领会信息 在内存中按整数边界存储的含义、编址要求、存在问题和 适用场合。
计算机系统结构总复习
• 前言：由于这门课程内容多任务重，因此 需要我们老师认真授课并严格要求学生课 下努力复习。在授课内容上由于是全国统 考课，所以我们无法明确给与指导，最好 按照大纲要求做到面面俱到，然后在辅导 答疑时按照本课件中所阐述的重难点进行 特殊的讲解。在教学过程中希望我们能够 保持联系，及时解决一些问题。 • 我的邮箱：liufengnian88@
第七章 多处理机
知识点： • 多处理机的特点及主要技术问题。 • 多处理机的硬件结构：紧耦合和松耦合； 机间互联形式；存储器组织。 • 程序并行性。 • 多处理机的性能。
重点： • 多处理机的机间互联； • 程序中的并行算法、并行性分析； • 并行语言中有关并行任务的派生和汇合的 表示及时空图描述等。
第三章 总线、中断与输入输出系统
知识点： • 输入输出系统概述。 • 总线设计：总线的类型；总线的控制方式； 总线的通信技术；数据宽度与总线线数。 • 中断系统：中断的分类和分级；中断系统 的软硬件功能分配。 • 通道处理机：工作原理；通道流量的分析。
应掌握： • 1.领会在高性能多用户的计算机系统中，I/O系统 应当是面向操作系统来设计的概念。了解I/O系统 的三种方式和I/O处理的两种形式。 • 2.了解专用和非专用总线的定义、优缺点及适用 场合。领会非专用总线3种总线控制方式的总线分 配过程、优缺点及所需增加的辅助控制总线线数。 领会总线分别采用同步和异步通讯方式的通讯过 程、优缺点及适用场合。领会数据宽度的定义及 它与数据通路宽度定义的区别，五种数据宽度的 适用场合。了解在满足性能和流量设计要求的前 提下，可采取减少总线线数的办法。
重点： • 段页式和页式虚拟存储器的原理； • 页式虚拟存储器的地址映像； • LRU、FIFO、OPT替换算法进行页面替换 的过程模拟； • LRU替换算法对页地址流的堆栈处理模拟 及性能分析； • Cache存储器的直接和组相联地址映像； • 用LRU替换算法进行块替换的硬件实现及 替换过程模拟； • Cache存储器的性能分析等。
第二章 数据表示与指令系统
知识点： • 数据表示：数据表示与数据结构；高级数据表示； 引入数据表示的原则；浮点数尾数基值大小和下 溢处理方法飞选择。 • 寻址方式：寻址方式分析；逻辑地址与主存物理 地址； • 指令系统的设计和改进：指令格式的优化；按增 强指令功能的方向发展与改进指令系统；按简化 指令功能的方向发展与改进指令系统。
• 6.了解Cache存储器的组成、工作原理，并能与虚拟存储 器进行相应的比较。掌握Cache存储器中的全相联、直接、 组相联等3种地址映像规则，相应的映像表机构和虚、实 地址变换过程。领会堆栈法和比较对法实现Cache块替换 的机构和原理，能计算出用比较法进块替换时所用的比较 对触发器的个数。 • 7.给出主存的块地址流后，采用组相联或直接映像、LRU 和FIFO块替换算法时，能熟练画出各主存块装入Cache和 其被替换的过程示意图，并计算出Cache块的命中率。 • 8.理解为解决块Cache存储器透明性问题所提出的各种算 法，为提高Cache块命中率的各种预取算法，能分析影响 Cache性能的因素及其变化规律。正确理解和分析Cache 存储器的等效访问速度与物理Cache速度及Cache容量、 Cache命中率的关系。
第六章 并行处理机和相联处理机
知识点： • 并行处理机原理：并行处理机构成与特点； 并行处理机的算法；SIMD计算机的互联网 络；并行存储器的无冲突访问。 • 并行处理机举例。 • 相联相联处理机。
重点： • 阵列处理机与流水线处理机结构特点的对比； • SIMD计算机的基本级互联网络及互联函数； • 多级互联网络中的立方体和混洗交换网络； • 并行存储器实现无冲突访问的存储单元分布规 律等。
• 4.理解系统结构设计为什么要解决好软件的可移植性。掌 握实现软件可移植的三种途径（即统一高级语言、采用系 列机、模拟和仿真）各自的方法、适用场合、存在问题及 应采取的对策。领会系列机软件所谓向前、向后、向下、 向上兼容的定义，以及系列机对软件兼容的基本要求。能 正确判断在系列机中发展新型号机器时，哪些做法是可取 的。 • 5.了接应用和器件的发展对系统结构设计的影响。理解非 用户片、现场片和用户片的定义，以及器件发展是如何改 变了逻辑设计的传统做法。 • 6.领会并行性的定义，并行性的二重含义和开发并行性的 三种途径。掌握各种并行性等级的划分和并行性级别高低 的顺序。了解计算机系统沿三种不同的并行性发展途径开 发出的多机系统类型和特点。了解多机系统的耦合度概念。 了解计算机按指令流数据流及其多倍性进行分类的方法及 典型机器的例子。
第一章 计算机结构的基本概念
知识点： • 计算机系统的多级层次结构。 • 计算机系统结构、组成与实现：结构、组成与实现，三者 的相互影响。 • 软硬取舍与计算机系统的设计思路：软硬取舍的基本原则； 计算机系统的设计思路。 • 软件、应用、器件对系统结构的影响：系统结构设计中必 须解决好软件的可移植性；应用对系统结构的影响；器件 发展对系统结构的影响。 • 系统结构中的并行性发展及计算机系统的分类：并行性概 念；计算机系统的并行性发展；并行处理的结构与多机系 统的耦合度。
应掌握： • 1.领会发展存储器体系的必要性及存储体系的两个分支。 了解并行主存体系的各种组织形式。掌握并行主存系统的 极限频宽和实际频宽的关系与计算。领会使用并行的计算 机组成技术提高频宽的可能性、局限性及发展存储体系的 必要性。了解有关存储体系的性能参数及相关结论。 • 2.理解段式、页式、段页式三种不同的虚拟存储管理方式 的工作原理，掌握其他地址映像规则、映像表机构、虚实 地址变换的过程及各自的优点和问题。 • 3.给出段页式虚拟存储器的虚实地址映像表内容，能由程 序虚地址判断出是否发生段失效、页失效或保护失效，如 果没有段、页失效能计算出主存实地址。熟悉页式虚拟存 储器的虚、实地址字段对应关系、地址映像规则，会由虚 拟地址查映像表判断出是否发生失效，如无页失效时，会 计算出实主存地址。
重点： • 计算机系统结构、计算机组成、计算机实现三者 的定义及所包含的内容； • 有关的透明性问题判断； • 软件和硬件的功能分配原则； • 软件可移植性的途径、方法、适用场合、 • 存在问题和对策； • 有关并行性的概念； • 系统结构中开发并行性的途径和类型等。
应掌握： • 1.领会一台完整的通用计算机系统可以被看成是由多个 不同机器级构成的多级层次结构，每一级都可看成是一 台机器，都有自己的机器语言和实现方法。这样的多级 层次结构一般可分为那几级，各机器级所处的相对位置 及所用的主要实现方法。 • 2.掌握计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者 的定义及各自研究的方面和内容。领会计算机系统结构 是软件和硬件的主要分解面的概念。理解计算机系统结 构、计算机组成和计算机实现三者存在的相互影响。领 会透明性概念，能从不同角度对某个具体问题正确选择 是否应设计成透明的结论。 • 3.领会一个功能分别用软件和硬件实现的优缺点。掌握 在功能分配中的软、硬件比例取舍的基本原则。领会计 算机系统分别采取“由上往下”、“由下往上”设计的 方法、各自存在什么问题。对通用计算机为什么采取 “从中间开始向两边”设计的方法，如何进行设计，这 样设计有什么优点。
第五章 重叠、流水和向量处理机
知识点： • 重叠解释方式：基本思想和一次重叠；相 关处理。 • 流水方式：基本概念；流水线处理机的主 要性能；流水机器的相关处理和控制机构。 • 向量的流水处理与向量流水处理机：向量 的流水处理向量流水处理机 • 指令级高度并行的超级处理机。
重点： • 重叠方式中的“一次重叠”原理及相关处 理； • 流水处理机的主要性能分析，局部性相关 处理，全局性相关处理； • 单功能非线性流水线的调度； • 向量处理机中向量指令之间的串行、并行 和链接执行的分析及所需时间的计算等。
• 4.熟练掌握在页式虚拟存储器中，通过给出分配 给程序的实页数、出现在页地址流，分别采用 FIFO、 LRU 、OPT法模拟页面替换时的程序页 面装入和替换的过程，并能计算出页面命中率。 理解堆栈型替换算法的定义，熟练掌握LRU替换 算法的堆栈模拟过程，并能计算出不同实页数时 各自的命中率。理解PFF替换算法的思想。掌握 通过各道程序给出的页地址流，经LRU堆栈模拟 后，求出给各道程序合理分配的主存实页数，使 系统效率大到最高。 • 5.领会在虚拟存储器中对页面失效的处理及内部 地址映像表中的快慢表机构。能分析虚拟存储器 中，页面大小SP、分配给程序的主存容量S1与主 存命中率H的变化关系，能够给出改进页式虚拟 存储器等效访问速度的各种办法。